Дроны смогут летать в течение нескольких дней с новым фотоэлектрическим двигателем

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли только что установили еще один рекорд в области фотоэлектрической эффективности — достижение, которое может привести к созданию сверхлегкого двигателя, способного приводить дроны в действие в течение нескольких дней подряд.

За последние 15 лет эффективность преобразования тепла в электроэнергию с использованием термогальваники остановилась ​​на уровне 23 процентов. Но новаторская физическая идея позволила исследователям повысить эту эффективность до 29 процентов. Используя новые идеи, ученые теперь стремятся достичь 50-процентной эффективности в ближайшем будущем.

Этот прорыв имеет большое значение для технологий, которые в настоящее время полагаются на тяжелые батареи для питания. Термофотогальваника — это альтернативный источник энергии, который может позволить беспилотным летательным аппаратам работать непрерывно в течение нескольких дней. Она также может использоваться для питания зондов в глубоком космосе на протяжении веков и в конечном итоге быть для целого дома генератором энергии размером с обычный конверт.

Открытие основано на работе 2011 года, в которой было установлено, что ключом к повышению эффективности солнечных элементов является не поглощение большего количества фотонов (света), а их излучение. Добавив зеркало с высокой отражающей способностью на задней панели фотоэлемента, ученые побили рекорды эффективности в то время и продолжали делать это с последующими исследованиями.

«То, что делает зеркало — создает плотный инфракрасный люминесцентный фотонный газ внутри солнечного элемента, явление, которое добавляет напряжение», — говорят исследователи.

Оказалось, что это зеркало может выполнять двойную функцию. Фактически, это решает одну из самых больших проблем в термофотогальванике: как использовать тепловые фотоны, у которых слишком мало энергии для производства электроэнергии. Оказывается, что зеркало может отражать эти фотоны для разогрева теплового источника, обеспечивая второй шанс для создания фотона с высокой энергией и генерации электричества. Это явление приводит к беспрецедентной эффективности.

«Мы достигли рекордного результата, хотя мы используем простое золотое зеркало. Теперь мы добавим диэлектрический слой над золотом, и это повысит нашу эффективность» — говорят ученые

«Просто увеличивая отражательную способность, мы вскоре получим 36-процентную эффективность. Но делая другие изменения в ячейке, используя проверенные в научной литературе методы, мы знаем, что можем достичь 50-процентной эффективности».

Zunaid Omair et al. Ultraefficient thermophotovoltaic power conversion by band-edge spectral filtering, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073/pnas.1903001116